JP4532376B2 - 空調制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば鉄道車輌に使用される空気調和装置の空調制御装置、特にその制御装置内に異常が発生したときに空気調和装置の運転をバックアップする機能を備えた空調制御装置に関するものである。

従来、この種の空気調和装置は、室内ファン及び室外ファン、複数の圧縮機、各圧縮機を保護するために圧縮機毎に複数設けられた保護機器、保護機器を通じて圧縮機を監視すると共に、室内ファン及び室外ファン、複数の圧縮機の運転を制御する制御器を有する空調制御装置などを備えている。空気調和装置が２台設置されている場合、双方の空調制御装置の制御器は、自己の異常を検知する機能を有し、また、異常を検知した際にはその旨を通知し、異常通知を受けたときは、異常を発した制御器に代わって、その空気調和装置をバックアップ運転すると共に、保護機器を通じて複数の圧縮機を監視するようになっている（この従来技術が記載された刊行物はなかった）。

前述した従来の空調制御装置では、空気調和装置が２台設置されていた場合、異常を通知する手段と保護機器の監視状態を通知する手段が必要であるため、入出力ポートが必要であり、しかも空調制御装置間の配線が多くなっていた。また、異常通知を受けた側では、保護機器の状態を監視しながらバックアップ運転を行わなければならなず、回路構成が複雑で、かつ制御ソフトも複雑とならざるを得なかった。

本発明は、前述のような課題を解決するためになされたもので、保護機器の監視状態を通知する手段を用いることなく、また、保護機器の状態を監視しながらバックアップ運転を行う必要のない空調制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る空調制御装置は、手動運転時に予め設定されたシーケンスに基づいて空気調和装置を運転する手動運転回路と、空気調和装置の圧縮機の保護のために設けられた複数の保護機器と、保護機器の何れかの作動を検知したときにその情報を出力し、かつ手動運転回路による圧縮機の運転を無効にする保護情報入力回路と、自動運転時に空気調和装置を自動的に制御し、保護情報入力回路からの情報を検知したときは圧縮機の運転を停止する空調制御器と、バックアップ用空調制御器とを備え、空調制御器は、自己に異常を検知したとき異常情報をバックアップ用空調制御器に通知し、バックアップ用空調制御器は、異常情報の通知を受けたとき、手動運転回路を通じて空気調和装置を制御する。

また、本発明に係る空調制御装置は、手動運転時に予め設定されたシーケンスに基づいて空気調和装置を運転する手動運転回路と、空気調和装置の圧縮機の保護のために設けられた複数の保護機器と、保護機器の何れかの作動を検知したときにその情報を出力し、かつ手動運転回路による圧縮機の運転を無効にする保護情報入力回路と、自動運転時に空気調和装置を自動的に制御し、保護情報入力回路からの情報を検知したときは圧縮機の運転を停止する空調制御器とを複数の空気調和装置にそれぞれ備えてなり、複数の空気調和装置に備えられた各空調制御器は、自己に異常を検知したとき異常情報を通知し、異常情報の通知を受けたときは、異常情報を通知した空調制御器に代わって、異常側の手動運転回路を通じて空気調和装置を制御する。

本発明においては、バックアップ用空調制御器が手動運転回路を通じて空気調和装置を制御しているときに、複数の保護機器の何れかが作動すると、保護情報入力回路が手動運転回路による圧縮機の運転を無効にするようにしたので、バックアップ用空調制御器においては保護機器の状態を監視しながらバックアップ運転をする必要がなくなり、制御ソフトを簡略できるという効果がある。

また、本発明においては、異常情報の通知を受けたとき、異常情報を通知した空調制御器に代わって、異常側の手動運転回路を通じて空気調和装置を制御し、複数の保護機器の何れかが作動すると、保護情報入力回路が手動運転回路による圧縮機の運転を無効にするようにしたので、異常情報の通知を受けた空調制御機器においては保護機器の状態を監視しながらバックアップ運転をする必要がなくなり、制御ソフトを簡略できる。また、保護機器の監視状態を通知する手段が不要になるので、空調制御装置間の配線を少なくできる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１を示す空調制御装置の回路図、図２は空調制御装置の保護情報入力回路を示す回路図、図３は空調制御装置の手動運転回路を示す回路図である。
実施の形態１の空調制御装置は、例えば３台の圧縮機（図示せず）を有する鉄道車輌用の空気調和装置に設けられ、自動／手動切換スイッチ１０と、３つの保護情報入力回路２０を有する手動運転回路３０と、空調制御器４０と、バックアップ用空調制御器５０と、バックアップ回路６０とを備えている。

保護情報入力回路２０は、３台の圧縮機にそれぞれ設置された保護機器７０に対応して設けられている。その保護機器７０は、図２に示すように、圧縮機の圧縮機能による冷媒の圧力が上限値を超えたときに作動する高圧圧力スイッチ７１と、その冷媒の圧力が下限値より低下したときに作動する低圧圧力スイッチ７２と、圧縮機内部の巻線の温度が異常温度になったときに作動する巻線温度サーモスイッチ７３とからなっている。

保護情報入力回路２０は、同図に示すように、保護機器７０の各スイッチ７１，７２，７３にそれぞれ対応して設けられた保護情報入力用リレー２１，２２，２３と、この保護情報入力用リレー２１，２２，２３の何れか一つが励磁されたときに圧縮機駆動用接触器への通電を遮断する手動用保護情報集約用リレー２４とを備えている。保護情報入力用リレー２１，２２，２３は、各ｂ接点が手動用保護情報集約用リレー２４の入力側に直列に接続されており、また、各ａ接点が空調制御器４０の保護情報通知線４１とそれぞれ接続されている。手動用保護情報集約用リレー２４は、ａ接点が圧縮機駆動用接触器の入力側の手動運転制御線１２に挿入されている。

手動運転回路３０は、図３に示すように、自動／手動切換スイッチ１０に手動運転制御線１２を介して接続された３つの保護情報入力回路２０と、手動運転制御線１２に接続された室内ファン・室外ファン起動遅延タイマ３１と、室内ファン・室外ファン起動遅延タイマ３１にそれぞれ並列に接続された第１、第２及び第３圧縮機起動遅延タイマ３２，３３，３４と、室内ファン・室外ファン起動遅延タイマ３１の各接点を介して手動運転制御線１２にそれぞれ接続された室内ファン駆動用接触器３５及び室外ファン駆動用接触器３６とを備えている。３つの保護情報入力回路２０は、前述したように、入力側が各圧縮機にそれぞれ設置された保護機器７０と接続されており、出力側がそれぞれ保護情報通知線４１を介して空調制御器４０に接続されている。また、３つの保護情報入力回路２０のうち左側の保護情報入力回路２０は、第１圧縮機起動遅延タイマ３２の接点を介して第１圧縮機駆動用接触器１に接続され、中央の保護情報入力回路２０は、第２圧縮機起動遅延タイマ３３の接点を介して第２圧縮機駆動用接触器２に接続され、右側の保護情報入力回路２０は、第３圧縮機起動遅延タイマ３４の接点を介して第３圧縮機駆動用接触器３に接続されている。

空調制御器４０は、図１及び図３に示すように、入力側が自動／手動切換スイッチ１０に自動運転制御線１１を介して接続され、出力側が室内ファン及び室外ファン駆動用接触器３５，３６と第１、第２及び第３圧縮機駆動用接触器１，２，３とにそれぞれ接続されている。また、３つの保護情報入力回路２０にそれぞれ保護情報通知線４１を介して接続され、異常通知線４２を介してバックアップ用空調制御器５０と接続されている。

この空調制御器４０は、自動／手動切換スイッチ１０の切換操作による自動運転を自動運転制御線１１を通じて確認すると、予め設定されている制御プログラムに基づいて空気調和装置の運転を制御する。まず、手動運転回路３０に設けられた室内ファン駆動用接触器３５及び室外ファン駆動用接触器３６に通電して、室内ファン及び室外ファンに電源を印加させ、次いで、第１圧縮機駆動用接触器１、第２圧縮機駆動用接触器２及び第３圧縮機駆動用接触器３に通電して、３台の圧縮機に電源を印加させる。そして、３つの保護情報入力回路３０を通じて各圧縮機に設けられた保護機器７０の動作を監視し、何れかの保護機器７０の動作を確認したときは、該当する圧縮機の運転を接触器（第１、第２及び第３圧縮機駆動用接触器１，２，３の何れか）を通じて停止させる。また、空調制御器４０は、自己に異常があることを確認したときは、その旨をバックアップ用空調制御器５０に異常通知線４２を介して通知する。

前述したバックアップ用空調制御器５０は、手動運転回路３０に手動運転制御線１２を介して接続され、バックアップ制御線５１を介してバックアップ回路６０と接続され、空調制御器４０からの異常通知を受けたとき、手動運転制御線１２を介して手動運転回路３０に制御電源を印加し、空気調和装置の運転を空調制御器４０に代わって行う。バックアップ回路６０は、バックアップ用空調制御器５０からの制御に基づいて各圧縮機をそれぞれ運転或いは停止させる第１、第２及び第３圧縮機制御用リレー６１，６２，６３を備えている。第１、第２及び第３圧縮機制御用リレー６１，６２，６３の各ｂ接点が保護情報入力回路２０に接続されている手動運転制御線１２にそれぞれ挿入されている。

次に、実施の形態１に係る空調制御装置の動作を説明する。
空調制御器４０に自動／手動切換スイッチ１０を介して自動用の制御電源が印加されると、空調制御器４０は、まず、手動運転回路３０に設けられた室内ファン駆動用接触器３５及び室外ファン駆動用接触器３６に通電して、室内ファン及び室外ファンに電源を印加させ、次いで、第１圧縮機駆動用接触器１、第２圧縮機駆動用接触器２及び第３圧縮機駆動用接触器３に通電して、３台の圧縮機に電源を印加させ、空気調和装置の運転を開始する。そして、３つの保護情報入力回路３０を通じて各圧縮機に設けられた保護機器７０の動作を監視する。

空気調和装置の運転中に、例えば１台目の圧縮機に設けられた保護機器７０の高圧圧力スイッチ７１が作動すると、保護情報入力回路２０の保護情報入力用リレー２１が励磁されて、そのｂ接点がオフすると共に、ａ接点がオンする。ｂ接点のオフにより手動運転による圧縮機の運転を阻止し、また、ａ接点のオンによって保護機器７０の高圧圧力スイッチ７１が作動した旨を空調制御器４０に通知される。一方、空調制御器４０は、その通知を確認したときは、１台目の圧縮機の運転を停止させるために、第１圧縮機駆動用接触器１への通電を停止する。

また、自動／手動切換スイッチ１０の切換操作により手動運転が選択されると、手動運転回路３０の各保護情報入力回路２０にバックアップ回路６０の各ｂ接点を介して手動用の制御電源が印加され、手動運転回路３０の室内ファン・室外ファン起動遅延タイマ３１と第１、第２及び第３圧縮機起動遅延タイマ３２，３３，３４とに手動用の制御電源が印加される。この時、各タイマ３１，３２，３３，３４は、それぞれ時間のカウントを開始し、予め設定された時間に達したときにそれぞれのａ接点をオフ状態にする。この場合、まず、室内ファン駆動用接触器３５及び室外ファン駆動用接触器３６が励磁されて室内ファンと室外ファンとが運転を開始し、次いで、第１圧縮機駆動用接触器１、第２圧縮機駆動用接触器２及び第３圧縮機駆動用接触器３が励磁されて３台の圧縮機が運転を開始する。

この手動運転回路３０による空気調和装置の運転中に、前記と同様に１台目の圧縮機に設けられた保護機器７０の高圧圧力スイッチ７１が作動すると、保護情報入力回路２０の保護情報入力用リレー２１が励磁されて、そのａ接点がオンすると共に、ｂ接点がオフする。この時、保護情報集約用リレー２４への通電が遮断されてそのａ接点がオフ状態となり、出力側の第１圧縮機駆動用接触器１への通電が遮断されて１台目の圧縮機の運転を停止させる。

また、空調制御器４０による自動運転中に、空調制御器４０が自己に異常があることを確認したときは、その旨をバックアップ用空調制御器５０に通知する。一方、バックアップ用空調制御器５０は、空調制御器４０からの異常通知を検知すると、手動運転制御線１２を介して手動運転回路３０に手動用の制御電源を印加して、室内ファン・室外ファン起動遅延タイマ３１と第１、第２及び第３圧縮機起動遅延タイマ３２，３３，３４とを作動させ、手動運転時と同様に、まず、室内ファン駆動用接触器３５及び室外ファン駆動用接触器３６を通じて室内ファンと室外ファンの運転を再開させ、次いで、第１圧縮機駆動用接触器１、第２圧縮機駆動用接触器２及び第３圧縮機駆動用接触器３を通じて３台の圧縮機の運転を再開させる。

この３台の圧縮機運転中に、バックアップ用空調制御器５０が、例えばバックアップ回路６０の第１、第２及び第３圧縮機制御用リレー６１，６２，６３に通電して励磁させると、その制御用リレー６１，６２，６３の各ｂ接点がオフし、バックアップ用空調制御器５０からの手動用の制御電源を遮断させる。この時、各保護情報入力回路２０の出力側の第１、第２及び第３圧縮機駆動用接触器１，２，３がオフ状態となり、それぞれの圧縮機の運転を停止させる。

以上のように実施の形態１によれば、バックアップ用空調制御器５０が手動運転回路３０を通じて空気調和装置を制御しているときに、複数の保護機器７０の何れかが作動すると、保護情報入力回路２０が手動運転回路３０による圧縮機の運転を無効にするようにしたので、バックアップ用空調制御器５０においては保護機器７０の状態を監視しながらバックアップ運転をする必要がなくなり、制御ソフトを簡略できるという効果がある。

実施の形態２．
図４は本発明の実施の形態２を示す空調制御装置の回路図である。なお、図１で説明した実施の形態１と同一又は相当部分には同じ符号を付し説明を省略する。
実施の形態２は、第１及び第２空調制御装置８０ａ，８０ｂがそれぞれ空気調和装置を自動運転しているときに、例えば、空調制御装置８０ａの空調制御器４０ａが異常を起こした場合、その異常を起こした空調制御器４０ａに代わって空調制御装置８０ｂの空調制御器４０ｂがバックアップ制御するようにしたものである。

空調制御器４０ａ及び空調制御器４０ｂは、相互に第１異常通知線４２ａと第２異常通知線４２ｂとを介して接続されている。また、空調制御器４０ａは、第２異常通知線４２ｂを介して空調制御器４０ｂの異常を検知したとき、第１分別回路９０ａ→手動運転制御線１２→第２分別回路９０ｂを介して手動運転回路３０に手動用の制御電源を供給してバックアップ運転を行い、第２空調制御装置８０ｂ側の圧縮機（３台）の運転又は停止を行うときは、第１バックアップ制御線５１ａを介して第２空調制御装置８０ｂ側のバックアップ回路６０の各制御用リレー６１，６２，６３（図１参照）を制御する。また、空調制御器４０ｂは、第１異常通知線４２ａを介して空調制御器４０ａの異常を検知したとき、第２分別回路９０ａ→手動運転制御線１２→第１分別回路９０ａを介して手動運転回路３０に手動用の制御電源を供給してバックアップ運転を行い、第１空調制御装置８０ａ側の圧縮機（３台）の運転又は停止を行うときは、第２バックアップ制御線５１ｂを介して第１空調制御装置８０ａ側のバックアップ回路６０の各制御用リレー６１，６２，６３（図１参照）を制御する。

前述した第１分別回路９０ａ及び第２分別回路９０ｂは、自動／手動切換スイッチ１０の切り換えによる手動用の制御電源が入力されたとき、それぞれ手動運転回路３０に供給するようになっている。各手動運転回路３０には、図４に示していないが、それぞれ３台の圧縮機の保護機器７０に対応して設けられた３つの保護情報入力回路２０が備えられている。その３つの保護情報入力回路２０は、それぞれの入力側がバックアップ回路６０に設けられた制御用リレー６１，６２，６３の各ｂ接点を介して第１分別回路９０ａ側（第２分別回路９０ｂ側）に接続され、各出力側が保護情報通知線４１を介して空調制御器４０ａ（空調制御器４０ｂ）と接続され、また、遅延タイマ３２，３３，３４のａ接点を介して第１、第２及び第３圧縮機駆動用接触器１，２，３にそれぞれ接続されている。

次に、実施の形態２の動作を説明する。なお、第１空調制御装置８０ａと第２空調制御装置の自動運転時及び手動運転時の動作、自動運転時及び手動運転時に保護機器が作動したときの動作については、前述した実施の形態１と同様であるため割愛する。
第１空調制御装置８０ａの空調制御器４０ａと第２空調制御装置８０ｂの空調制御器４０ｂとが、それぞれ空気調和装置を自動運転しているときに、例えば、第１空調制御装置８０ａの空調制御器４０ａが自己に異常が発生したことを検知すると、室内ファン及び室外ファンの運転を停止すると共に、３台の圧縮機の運転を停止し、かつ、その異常を第１異常通知線４２ａを介して第２空調制御装置８０ｂの空調制御器４０ｂに通知する。

一方、その空調制御器４０ｂは、異常通知の入力を検知すると、手動用の制御電源を第２分別回路９０ｂ→手動運転制御線１２→第１空調制御装置８０ａの第１分別回路９０ａを介して手動運転回路３０に供給し、室内ファン・室外ファン起動遅延タイマ３１と第１、第２及び第３圧縮機起動遅延タイマ３２，３３，３４とを作動させて時間のカウントを開始させる。この時、手動用の制御電源は、第１空調制御装置８０ａのバックアップ回路６０に設けられた制御用リレー６１，６２，６３の各ｂ接点を介して手動運転回路３０の各保護情報入力回路２０に印加される。

各タイマ３１，３２，３３，３４がそれぞれに設定された時間までカウントをすると内設のａ接点をオフ状態にする。この場合、まず、室内ファン駆動用接触器３５及び室外ファン駆動用接触器３６が励磁されて室内ファンと室外ファンとが再び運転を開始し、次いで、手動運転回路３０の各保護情報入力回路２０に印加された手動用の制御電源により第１圧縮機駆動用接触器１、第２圧縮機駆動用接触器２及び第３圧縮機駆動用接触器３がそれぞれ励磁されて３台の圧縮機が再び運転を開始する。

空調制御器４０ｂのバックアップ運転により第１空調制御装置８０ａが空気調和装置を手動運転しているときに、その空気調和装置の３台の圧縮機のうち１台目の圧縮機の保護機器７０、例えば高圧圧力スイッチ７１が作動すると、第１空調制御装置８０ａの手動運転回路３０に設けられた３つの保護情報入力回路２０のうち、その１台目の圧縮機を監視している保護情報入力回路２０が手動用の制御電源を遮断して、該当する第１圧縮機駆動用接触器１を無励磁状態にし、１台目の圧縮機の運転を停止させる。

また、空調制御器４０ｂのバックアップ運転により第１空調制御装置８０ａが空気調和装置を手動運転しているときに、空調制御器４０ｂが第２バックアップ制御線５１ｂを介して第１空調制御装置８０ａ側のバックアップ回路６０に手動用の制御電源を供給すると、そのバックアップ回路６０の第１、第２及び第３圧縮機制御用リレー６１，６２，６３が励磁される。この時、各リレー６１，６２，６３のｂ接点がオフ状態となって、３つの保護情報入力回路２０に入力されている手動用の制御電源を遮断し、バックアップ運転されている３台の圧縮機を停止させる。

なお、ここでは、３台の圧縮機を停止させることを述べたが、１台或いは２台の圧縮機を停止させることも可能である。また、空気調和装置を停止させる場合は、手動運転制御線１２を介して第１空調制御装置８０ａの手動運転回路３０に供給している手動用の制御電源を遮断し、第２バックアップ制御線５１ｂを介してバックアップ回路６０に手動用の制御電源を供給することで可能になる。

以上のように実施の形態２によれば、異常情報の通知を受けたとき、異常情報を通知した空調制御器に代わって、異常側の手動運転回路３０を通じて空気調和装置を制御し、複数の保護機器７０の何れかが作動すると、保護情報入力回路２０が手動運転回路３０による圧縮機の運転を無効にするようにしたので、異常情報の通知を受けた空調制御機器４０ａ又は４０ｂにおいては保護機器７０の状態を監視しながらバックアップ運転をする必要がなくなり、制御ソフトを簡略できる。また、保護機器７０の監視状態を通知する手段が不要になるので、第１及び第２空調制御装置８０ａ，８０ｂ間の配線を少なくできる。

本発明の活用例として鉄道車両用空調システムがある。鉄道車両の空調システムは、公共性が高く、２台の空調制御器が内蔵された空気調和装置が存在するときに一方の空気調和装置の空調制御器が異常となったことで当該空気調和装置を停止すると空調サービスの低下が大きな問題となる。従って、一方の空調制御器が異常となたときに他方の空調制御器が健全であれば健全な側が異常な側をバックアップ運転して通常時と変わらない空調運転が行われる。しかしながら、鉄道車両では車両の制約から配線を極力少なくすることも必要である。以上のような状況の下で、本発明は圧縮機の保護機器を相互に監視するための配線をすることなく異常側の空気調和装置を保護機器の動作を有効に機能させながら空調運転できるので、鉄道車両用の空調システムのバックアップ運転として最適である。

本発明の実施の形態１を示す空調制御装置の回路図である。 空調制御装置の保護情報入力回路を示す回路図である。 空調制御装置の手動運転回路を示す回路図である。 本発明の実施の形態２を示す空調制御装置の回路図である。

符号の説明

１ 第１圧縮機駆動用接触器、２ 第２圧縮機駆動用接触器、３ 第３２圧縮機駆動用接触器、１０ 自動／手動切換スイッチ、１１ 自動運転制御線、１２ 手動運転制御線、２０ 保護情報入出力回路、３０ 手動運転回路、４０，４０ａ，４０ｂ 空調制御器、４１ 保護情報通知線、４２ 異常通知線、４２ａ 第１異常通知線、４２ｂ 第２異常通知線、５０ バックアップ用空調制御器、６０ バックアップ回路、７０ 保護機器、８０ａ 第１空調制御装置、８０ｂ 第２空調制御装置、９０ａ 第１分別回路、９０ｂ 第２分別回路。

Claims (2)

1. 手動運転時に予め設定されたシーケンスに基づいて空気調和装置を運転する手動運転回路と、
   空気調和装置の圧縮機の保護のために設けられた複数の保護機器と、
   前記保護機器の何れかの作動を検知したときにその情報を出力し、かつ前記手動運転回路による圧縮機の運転を無効にする保護情報入力回路と、
   自動運転時に空気調和装置を自動的に制御し、前記保護情報入力回路からの情報を検知したときは圧縮機の運転を停止する空調制御器と、
   バックアップ用空調制御器とを備え、
   前記空調制御器は、自己に異常を検知したとき異常情報を前記バックアップ用空調制御器に通知し、
   前記バックアップ用空調制御器は、異常情報の通知を受けたとき、前記手動運転回路を通じて空気調和装置を制御することを特徴とする空調制御装置。
2. 手動運転時に予め設定されたシーケンスに基づいて空気調和装置を運転する手動運転回路と、
   空気調和装置の圧縮機の保護のために設けられた複数の保護機器と、
   前記保護機器の何れかの作動を検知したときにその情報を出力し、かつ前記手動運転回路による圧縮機の運転を無効にする保護情報入力回路と、
   自動運転時に空気調和装置を自動的に制御し、前記保護情報入力回路からの情報を検知したときは圧縮機の運転を停止する空調制御器とを複数の空気調和装置にそれぞれ備えてなり、
   複数の空気調和装置に備えられた各空調制御器は、自己に異常を検知したとき異常情報を通知し、異常情報の通知を受けたときは、異常情報を通知した空調制御器に代わって、異常側の手動運転回路を通じて空気調和装置を制御することを特徴とする空調制御装置。
   

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